Etude expérimentale et modélisation des caractéristiques mécaniques d’une couche d’oxyde sous charges thermiques

Experimental Study and Modelling of Mechanical Features in an Oxide Layer under Thermal Loadings

• Auteur / Autrice : Zhaojun Tao
• Direction : Benoît Panicaud, Jean-Luc Grosseau-Poussard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 12/02/2018
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Organisme gouvernemental étranger : CSC (China Scholarship Council)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement public à caractère scientifique, culturel et professionnel : Université de La Rochelle
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Vincent Ji
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Grosseau-Poussard, Vincent Ji, Tony Montesin, Guillaume Geandier, Demetrio Macias
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tony Montesin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Nickel -- Alliages

Rayons X -- Diffraction

Simulation par ordinateur

Oxydation

Mots clés libres

Oxydation

Simulation par ordinateur

Rayons X -- diffraction

Nickel -- alliages

Matériaux -- propriétés mécaniques

Oxidation

Computer simulation

X-rays--Diffraction

Nickel alloys

Materials--Mechanical properties

Résumé

La qualité des couches protectrices d’oxyde thermiques se développant à haute température à la surface des matériaux métalliques dépend des niveaux de contraintes générées et de leurs mécanismes de relaxation. Dans ce travail, un modèle et un outil d'identification ont été développés afin d'étudier l'évolution des contraintes dans les systèmes métal / oxyde sous charge thermique, ainsi que l'identification du mécanisme et des propriétés des matériaux. Le modèle est appliqué en utilisant les données expérimentales fournies par la littérature pour le système NiAl / Al2O3. La valeur de l'énergie d'activation est comparée à celle des publications, afin de valider notre méthode. L'évolution des contraintes des couches de chromine formées sur Ni30Cr et Ni28Cr ont pu être mesuré par diffraction in situ à haute température sur rayonnement Synchrotron, en découplant les effets liés à l’activation thermique de ceux liés à la taille de grain. La valeur de l’énergie d’activation associée (environ 1,4 ev) a montré, par comparaison avec les données de la littérature, que ce mode non destructeur de relaxation est gouverné par le transport des anions d’oxygène aux joints de grains de l’oxyde. Lorsque l'élément réactif Y2O3 a été ajouté au substrat métallique Ni28Cr, un changement linéaire de l'énergie d'activation a été noté lors de l'augmentation de la quantité d'élément introduit. Pour autant que nous le sachions, c'est la première fois qu'une influence linéaire est trouvée

The quality of protective oxide scales developing at the metallic alloys surface at high temperature depends on the stress generation and relaxation mechanisms. In this work, a model and a related identification tool have been developed in order to investigate the stress evolution in the metal/oxide systems under thermal cycling loadings, along with the identification of mechanism and materials properties. The model is applied using the experimental data providing from literature for the system NiAl/Al2O3. The value of activation energy is compared with that in the publications, in order to valid our method. In situ high temperature oxidation coupled with Synchrotron X-rays diffraction was used to measure the stress evolution of chromia scales grown on Ni30Cr and Ni28Cr, with dissociating the effects related to thermal activation and grain size. Confrontation of the obtained activation energy (around 1.4ev) with literature results has shown that the creep was likely governed by grain boundary transport of oxygen species. When the reactive element Y2O3 was added to the metallic substrate Ni28Cr, a linear change of the activation energy was noted when increasing the amount of introduced element. As far as we know, this is the first time that a linear influence is found